下一代數字電視解碼方案的改進

現行數字電視方案的缺陷

現行數字電視機頂盒的某些缺陷限制了數字電視的發展和普及。導致這些缺陷的根源是機頂盒專用集成電路芯片(ASIC)。機頂盒的關鍵功能是由數字電視解碼器實現的。解碼器部件負責數字電視廣播的接收和顯示，對數字傳輸信息流進行解復用以及對MPEG-2音頻/視頻數據流信息進行解碼，并實現機頂盒的圖形功能。圖1是現行數字電視機頂盒的一個典型功能框圖。

以下是采用這種設計方案的現行數字電視解碼器的缺陷。

1. 不能支持多種顯示格式

世界上各地的數字電視廣播采用不同的傳輸格式，包括美國的ATSC、日本的ARIB和歐盟的DVB分別定義了不同的數字電視視頻格式。即使在美國也有18種不同的顯示格式，其分辨率從480i(相當于現在的模擬電視設備的分辨率)到寬屏幕高清晰度電視的1080i 不等。最初的數字電視標準將同時包括480線分辨率的標準清晰度電視(SDTV)以及720線和1080線分辨率的高清晰度電視(HDTV)。電視臺將根據不同顯示格式對傳輸設備復雜程度的要求，以及如何對數字廣播頻率資源的占用情況來決定選用何種格式。一些廣播公司已經表示，為了給觀眾提供更多的選擇，它們可能會傳送多種SDTV節目，而不是僅僅傳送一種占用大量帶寬的HDTV節目。

現行數字電視解碼器的設計使它不能處理多種現有的顯示格式。有的數字電視解碼器能夠支持所有格式的輸入，但是并不輸出所有顯示格式，這迫使廠商為標準清晰度電視和高清晰度電視設計不同的機頂盒。這些設計工作需要由不同的工程小組分別完成，而它們所采用的開發工具則完全相同。因此，對于廠商而言，這已成為一項消耗大量時間而又費用不菲的工作。

2. 昂貴的制造成本

如圖1所示，現行的機頂盒使用多種芯片來實現音頻和視頻功能。這些機頂盒中使用的芯片采用0.5微米的加工工藝，因而尺寸較大。同時，為了實現不同顯示格式之間的相互轉換，還需要采用不同的芯片。此外，解碼器使用的存儲器沒有進行優化，不同的功能模塊分別使用各自的存儲器，浪費了寶貴的存儲資源。這種體系結構增大了線路板的面積，并使設計變得更加復雜。集成度偏低、效率不高的存儲結構和落后的芯片加工工藝使得現行的解碼器電路成本高昂、性能低下。

3. 不能支持不斷更新的數據服務標準

現行數字電視解碼器的結構封閉、不靈活。它們與Windows CE、PersonalJava和ATSC應用編程接口(API)互不兼容，因此不能支持當前新興的數據服務應用，例如在線銀行、電子郵件和網絡瀏覽等。如果不能支持交互式的應用，現行的數字電視解碼器就難以對消費者產生太大的吸引力。

4. 用戶界面不佳

為了處理交互式數據服務，用戶界面必須具有良好的視覺感受，直觀并易于使用。由于缺少一個專用的圖形處理器，現行數字電視解碼器的用戶界面不佳，應用服務運行緩慢，圖形質量差，文本顯示效果低劣、屏幕閃爍。現行機頂盒在MPEG-2芯片中使用嵌入式OSD處理器來管理文本和圖形，由于不具備圖形加速功能以及抗閃爍電路，而且只能支持4-8位/像素的圖形格式，因此OSD處理器難以為用戶提供一個漂亮的交互式界面。

5. 性能低下的專用CPU

現行方案使用了嵌入式處理器，其性能不足，處理能力只有20MIPS甚至更低，并且它們還使用一種專用的總線。基于新API標準的新興交互式數據服務需要功能強大的CPU，以便為觀眾提供實時的交互性。

6. 結構封閉、缺乏靈活性

現行數字電視解碼器芯片的結構沒有靈活性、無法轉換，而且不支持模塊化，它們使用專用的總線和操作系統。這種結構使得標準清晰度顯示不能轉換為高清晰度顯示，或者進行反向轉換，無法為機頂盒制造商提供更大的靈活性。其專用的結構也排除了實現模塊化的可能性，因此設計人員無法向其中加入新推出的標準外圍部件，例如I/O器件、調制解調器和3D圖形部件等。

由于存在上述種種缺陷，現行的數字電視解碼器未能在市場上成為一種大眾化的產品。相反，它們僅僅成為了一種用來進行技術演示的道具，無法真正促進數字電視的發展和普及。

下一代數字電視解碼器應有的功能特點

1. 支持多種格式

目前全球數字電視多種標準共存，即使一種標準內都有多種顯示格式，如ATSC有18種顯示格式。下一代數字電視解碼器必須支持多標準解碼或者支持一種標準下的多種格式。解碼器不能僅僅進行解碼，還應該將其全部輸出顯示。一個采用先進解碼器設計出來的數字電視接收器或機頂盒能接收所有數字電視信號，并能夠以任何一種顯示格式輸出。這種解碼器應該具有把高清晰度信號向下轉換以便顯示在標準清晰度電視上，或者在高清晰度電視上顯示標準清晰度節目的能力。全格式支持使得用戶不會錯過任何數字節目，而不論他們擁有的電視接收器屬于哪一種類型。此外，它還必須支持現在仍然存在的模擬傳輸以及大量安裝的模擬電視設備。通過向上轉換，可以在數字電視上觀看以模擬格式傳輸的節目；同樣，通過向下轉換，也可以在模擬電視上觀看采用高清晰度格式傳輸的節目。

2. 降低成本

下一代解碼器必須在一個單獨的芯片上集成更多的功能，并采用先進的加工工藝(0.25微米或0.18微米加工技術)以獲得更小的芯片尺寸。在現行的數字電視解碼器結構中，利用不同的芯片來實現MPEG-2音頻/視頻解碼、傳輸碼流TS(Transport Stream)解復用、圖形功能和顯示處理。這四種功能是一個數字電視接收器中的關鍵組成部分。通過在單芯片數字電視解碼器中集成所有這些功能，可以顯著降低成本。此外，元器件數目減少可以簡化電路板的設計，減小電路板的面積，還能方便產品的庫存管理，進一步降低了數字電視制造商的成本。集成度的提高還使得內部不同模塊之間的接口得到優化，有助于獲得更好的性能。另外，為了降低存儲成本，可以在視頻和音頻功能之間實現存儲器的共享。